Cómo las células pueden restaurar el esmalte dental

Un equipo multidisciplinario de investigadores de la Universidad de Washington en Seattle han creado organoides a partir de células madre que secretan las proteínas responsables de formar el esmalte dental. Este estudio, publicado en la revista Developmental Cell nos muestra la posibilidad de reparar y regenerar los dientes dañados.

Los autores informaron que el esmalte dental protege los dientes de las fuerzas mecánicas generadas durante la masticación, y contribuye a su resistencia contra la formación de caries. Este tejido es conocido por ser el más duro del cuerpo humano, pero su formación es un proceso complejo y único en el desarrollo dental.

El esmalte dental se forma durante el desarrollo de los dientes a través de células especializadas llamadas ameloblastos, que luego se vuelven inactivas y mueren, lo que impide la regeneración del esmalte dañado. Para crear ameloblastos en el laboratorio, los científicos primero tuvieron que comprender el código genético que dirige a las células madre fetales hacia la especialización como ameloblastos.

Transformando células madre en ameloblastos

Los científicos utilizaron una técnica llamada secuenciación de ARN de indexación combinatoria unicelular para identificar qué genes estaban activos en diferentes etapas del desarrollo celular. Esto fue posible porque las moléculas de ARN, conocidas como ARN mensajero (ARNm), transmiten las instrucciones genéticas desde los genes activos en el ADN a las maquinarias celulares encargadas de producir proteínas. 

Los cambios en los niveles de ARNm en las distintas etapas del desarrollo celular proporcionaron información sobre la activación y desactivación de genes. Luego, utilizando un programa informático llamado «Monocle», crearon un mapa que representaba la secuencia probable de eventos genéticos que ocurrían mientras las células madre se convertían en ameloblastos maduros y especializados durante el desarrollo dental.

Los científicos lograron transformar células madre no especializadas en ameloblastos mediante la exposición a señales químicas específicas que activaban genes en una secuencia similar a la descubierta en sus investigaciones previas. Utilizaron tanto señales químicas conocidas como proteínas diseñadas por computadora en este proceso.

Durante el proyecto, también identificaron una nueva clase de células llamada subodontoblasto, que posiblemente son precursoras de los odontoblastos, células esenciales en la formación dental. 

Afirman los autores que al combinar estas células, pudieron crear estructuras multicelulares tridimensionales llamadas «organoides», que se organizaron de manera similar a la formación de dientes humanos y secretaron proteínas esenciales para el esmalte dental, como la ameloblastina, amelogenina y esmalte.

Estas proteínas se agruparon para formar una estructura de soporte, y luego se inició un proceso de mineralización fundamental para alcanzar la dureza requerida en el esmalte dental.

El futuro de la odontología regenerativa

La Dra. Ruohola-Baker, líder del proyecto y experta en bioquímica, también ocupa un cargo en el UW Medicine Institute for Stem Cell and Regenerative Medicine. Ella plantea la idea de crear «empastes vivos» que puedan crecer y reparar caries y otros problemas dentales como un enfoque aún más ambicioso. Además, tiene la visión a largo plazo de desarrollar dientes a partir de células madre para reemplazar completamente los dientes perdidos. 

La Doctora enfatiza que los dientes son un modelo ideal para avanzar en la investigación y desarrollo de terapias basadas en células madre. Ella anticipa que podríamos estar entrando en una era en la que los «empastes activos» y la odontología regenerativa en general experimenten un importante avance en el siglo actual.

Fuente: Developmental Cell  – Single-cell census of human tooth development enables generation of human enamel. Ammar Alghadeer, Sesha Hanson-Drury, Anjali P. Patni, Devon D. Ehnes, Yan Ting Zhao, Zicong Li, Ashish Phal, Thomas Vincent, Yen C. Lim, Diana O’Day, Cailyn H. Spurrell, Aishwarya A. Gogate, Hai Zhang, Arikketh Devi, Yuliang Wang, Lea Starita, Dan Doherty, Ian A. Glass, Jay Shendure, Benjamin S. Freedman, David Baker, Mary C. Regier, Julie Mathieu, Hannele Ruohola-Baker, https://doi.org/10.1016/j.devcel.2023.07.013